時間：2023-03-21 17:13:28
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供電電壓自動測控系統技術方案和特點
監控模塊根據接收到以CAN通訊卡傳來的指令來控制電機的停止/啟動，同時檢測取芯儀供電電源的運行狀態，并將電壓、電流、溫度、運行信息及故障信息等參數通過CAN通訊傳給上位機進行處理和顯示。電壓一次側由芯片3875發出的移相脈沖控制H橋的IGBT模塊，正弦脈寬調制（SPWM）波由SPWM輸出模塊編程實現，并且實現電機軟起動和軟停車，驅動負載電機自適應等功能。方案結構（圖略）。測控系統特點測控系統采用凌陽公司的16位高速微型計算機SPMC75F2413A為核心，CAN控制器采用MCP2515，CAN驅動器采用TI公司的低功耗串行CAN控制器SN65HVD1040D，通過CAN總線能夠實時地檢測和傳遞數據，實現數據通訊和共享，更能夠實現多CPU之間的數據共享與互聯互通，其它電子元件均選擇150℃溫度的等級。此外系統還設計有散熱器、風扇等。該測控系統具有極高的高溫可靠性，能夠確保系統在高溫環境下可靠工作，控制、檢測、顯示的實時性好，可靠性高。測控系統采用智能化控制算法軟件來實現馬達機的高性能運行，其具有效率高、損耗小、噪音小、動態響應快、運行平穩等特點。
硬件電路設計
CAN通信電路檢測系統采用SPMC75F2413A凌陽單片機，不集成CAN外設模塊，選擇外部CAN模塊控制器MCP2515，該模塊支持CAN協議的CAN1.2、CAN2.0A、CAN2.0BPassive和CAN2.0BActive版本，是一個完整的CAN系統，直接連接到單片機的SPI總線上，構成串行CAN總線，省去了單片機I/O口資源，電路簡單，適合高溫工作。CAN通信電路原理圖（圖略）MCP2515輸出只要加一個收發器就可以和上位PC機進行CAN通信，收發器采用TI公司生產的SH65HVD140D。電機溫度檢測電路該系統中供電電源溫度的檢測由溫度傳感器PT100來完成。PT100與高頻變壓器、供電電源散熱器、高頻電感發熱器件的表面充分接觸，當器件的溫度變化時，PT100的阻值也隨之變化，將溫度傳感器的阻值轉換為電壓信號，電壓信號放大整形送給單片機，再由單片機計算出供電電源各發熱點的實際溫度。當溫度過高，供電電源自動停止運行。同時實時將檢測到的各發熱點的溫度通過CAN通訊發給上位PC機。輸入直流電壓檢測電路檢測電路（圖略）。供電電源為多電壓變化環節，前級變換為AC/DC，儀器要深入井下工作，交流高壓從地面通過長達7000m的電纜線供給，直流阻抗（電阻）值約為240Ω，一般由兩根電纜導線并聯使用[5]。系統不工作時，電纜導線無電流，供電電壓相對較高，電機電流約1.5A。系統運行時電纜中有電流，電纜線路就會有壓降，電機電流會達到3A。由于采用了高頻變壓器，變比約18，當負載電流增加1.5A時，原邊電流就增加約27A，如果重載，原邊電流增加更多，就會拉垮輸入電源。所以對輸入的一次側直流電壓電流進行監控就非常必要，根據檢測值來調整輸入的直流高壓[6]。檢測電路采用的是差分電路采樣直流電壓，檢測時，直流高壓加到分壓電阻的兩端，通過分壓電阻運放調理后輸入到CPU。
軟件設計
CAN通信協議系統CAN總線的節點流程圖。上位機向監控模塊發送指令幀，幀號為0x11，用來控制電機啟停和SPWM輸出。監控模塊向上位機發送狀態幀，幀號為0x21，用來反饋電機的狀態信息。軟件流程圖監控模塊根據上位機的指令控制電機的停止/啟動，同時檢測取芯器供電電源的運行狀態，并將參數傳給上位機進行顯示。軟件分為兩大模塊，主程序模塊和定時器T1中斷服務模塊。主程序模塊主要實現上電初始化功能、CAN通訊功能和定時器T1中斷設置等功能；定時器T1中斷程序模塊實現電機參數采樣及發送，并能根據CAN總線接收的指令控制輸出參數。
實驗結果
上述檢測系統安裝在井壁取芯儀上得以成功實現運行。將安裝有檢測控制系統的井壁取芯儀整體放在恒溫箱里面做加溫運行帶載實驗，恒溫箱145℃恒定不變，連續運行24h，每隔0.5h使電機帶載運行10min，即電機憋壓運行。同時改變電機的給定轉速（從500r/m到3000r/m），觀測測量的電機實際運行速度穩定，又根據電機的帶載運行調整輸入直流高溫。檢測控制系統經高溫24h連續運行，電機在空載和帶載時能夠可靠運行，滿足要求。（a）（b）（c）是實驗時測得的CAN總線數據幀。（a）為CAN總線數據一幀的數據波形，由10個字節組成。為測控系統CAN總線數據幀發送接收，每隔120ms傳送一幀數據。
關鍵詞入侵檢測系統；CIDF；網絡安全；防火墻
0引言
近年來，隨著信息和網絡技術的高速發展以及政治、經濟或者軍事利益的驅動，計算機和網絡基礎設施，特別是各種官方機構的網站，成為黑客攻擊的熱門目標。近年來對電子商務的熱切需求，更加激化了這種入侵事件的增長趨勢。由于防火墻只防外不防內，并且很容易被繞過，所以僅僅依賴防火墻的計算機系統已經不能對付日益猖獗的入侵行為，對付入侵行為的第二道防線——入侵檢測系統就被啟用了。
1入侵檢測系統（IDS）概念
1980年，JamesP.Anderson第一次系統闡述了入侵檢測的概念，并將入侵行為分為外部滲透、內部滲透和不法行為三種，還提出了利用審計數據監視入侵活動的思想[1]。即其之后,1986年DorothyE.Denning提出實時異常檢測的概念[2]并建立了第一個實時入侵檢測模型，命名為入侵檢測專家系統（IDES），1990年，L.T.Heberlein等設計出監視網絡數據流的入侵檢測系統，NSM(NetworkSecurityMonitor)。自此之后，入侵檢測系統才真正發展起來。
Anderson將入侵嘗試或威脅定義為：潛在的、有預謀的、未經授權的訪問信息、操作信息、致使系統不可靠或無法使用的企圖。而入侵檢測的定義為[4]：發現非授權使用計算機的個體（如“黑客”）或計算機系統的合法用戶濫用其訪問系統的權利以及企圖實施上述行為的個體。執行入侵檢測任務的程序即是入侵檢測系統。入侵檢測系統也可以定義為：檢測企圖破壞計算機資源的完整性，真實性和可用性的行為的軟件。
入侵檢測系統執行的主要任務包括[3]：監視、分析用戶及系統活動；審計系統構造和弱點；識別、反映已知進攻的活動模式，向相關人士報警；統計分析異常行為模式；評估重要系統和數據文件的完整性；審計、跟蹤管理操作系統，識別用戶違反安全策略的行為。入侵檢測一般分為三個步驟：信息收集、數據分析、響應。
入侵檢測的目的：（1）識別入侵者；（2）識別入侵行為；（3）檢測和監視以實施的入侵行為；（4）為對抗入侵提供信息，阻止入侵的發生和事態的擴大；
2入侵檢測系統模型
美國斯坦福國際研究所（SRI）的D.E.Denning于1986年首次提出一種入侵檢測模型[2]，該模型的檢測方法就是建立用戶正常行為的描述模型，并以此同當前用戶活動的審計記錄進行比較，如果有較大偏差，則表示有異常活動發生。這是一種基于統計的檢測方法。隨著技術的發展，后來人們又提出了基于規則的檢測方法。結合這兩種方法的優點，人們設計出很多入侵檢測的模型。通用入侵檢測構架（CommonIntrusionDetectionFramework簡稱CIDF）組織，試圖將現有的入侵檢測系統標準化，CIDF闡述了一個入侵檢測系統的通用模型（一般稱為CIDF模型）。它將一個入侵檢測系統分為以下四個組件：
事件產生器(EventGenerators)
事件分析器(Eventanalyzers)
響應單元(Responseunits)
事件數據庫(Eventdatabases)
它將需要分析的數據通稱為事件，事件可以是基于網絡的數據包也可以是基于主機的系統日志中的信息。事件產生器的目的是從整個計算機環境中獲得事件，并向系統其它部分提供此事件。事件分析器分析得到的事件并產生分析結果。響應單元則是對分析結果做出反應的功能單元，它可以做出切斷連接、修改文件屬性等強烈反應。事件數據庫是存放各種中間和最終數據的地方的通稱，它可以是復雜的數據庫也可以是簡單的文本文件。
3入侵檢測系統的分類：
現有的IDS的分類，大都基于信息源和分析方法。為了體現對IDS從布局、采集、分析、響應等各個層次及系統性研究方面的問題，在這里采用五類標準：控制策略、同步技術、信息源、分析方法、響應方式。
按照控制策略分類
控制策略描述了IDS的各元素是如何控制的，以及IDS的輸入和輸出是如何管理的。按照控制策略IDS可以劃分為，集中式IDS、部分分布式IDS和全部分布式IDS。在集中式IDS中，一個中央節點控制系統中所有的監視、檢測和報告。在部分分布式IDS中，監控和探測是由本地的一個控制點控制，層次似的將報告發向一個或多個中心站。在全分布式IDS中，監控和探測是使用一種叫“”的方法，進行分析并做出響應決策。
按照同步技術分類
同步技術是指被監控的事件以及對這些事件的分析在同一時間進行。按照同步技術劃分，IDS劃分為間隔批任務處理型IDS和實時連續性IDS。在間隔批任務處理型IDS中，信息源是以文件的形式傳給分析器，一次只處理特定時間段內產生的信息，并在入侵發生時將結果反饋給用戶。很多早期的基于主機的IDS都采用這種方案。在實時連續型IDS中，事件一發生，信息源就傳給分析引擎，并且立刻得到處理和反映。實時IDS是基于網絡IDS首選的方案。
按照信息源分類
按照信息源分類是目前最通用的劃分方法，它分為基于主機的IDS、基于網絡的IDS和分布式IDS。基于主機的IDS通過分析來自單個的計算機系統的系統審計蹤跡和系統日志來檢測攻擊。基于主機的IDS是在關鍵的網段或交換部位通過捕獲并分析網絡數據包來檢測攻擊。分布式IDS，能夠同時分析來自主機系統日志和網絡數據流，系統由多個部件組成，采用分布式結構。
按照分析方法分類
按照分析方法IDS劃分為濫用檢測型IDS和異常檢測型IDS。濫用檢測型的IDS中，首先建立一個對過去各種入侵方法和系統缺陷知識的數據庫，當收集到的信息與庫中的原型相符合時則報警。任何不符合特定條件的活動將會被認為合法，因此這樣的系統虛警率很低。異常檢測型IDS是建立在如下假設的基礎之上的，即任何一種入侵行為都能由于其偏離正常或者所期望的系統和用戶活動規律而被檢測出來。所以它需要一個記錄合法活動的數據庫，由于庫的有限性使得虛警率比較高。
按照響應方式分類
按照響應方式IDS劃分為主動響應IDS和被動響應IDS。當特定的入侵被檢測到時，主動IDS會采用以下三種響應：收集輔助信息；改變環境以堵住導致入侵發生的漏洞；對攻擊者采取行動（這是一種不被推薦的做法，因為行為有點過激）。被動響應IDS則是將信息提供給系統用戶，依靠管理員在這一信息的基礎上采取進一步的行動。
4IDS的評價標準
目前的入侵檢測技術發展迅速，應用的技術也很廣泛，如何來評價IDS的優缺點就顯得非常重要。評價IDS的優劣主要有這樣幾個方面[5]：（1）準確性。準確性是指IDS不會標記環境中的一個合法行為為異常或入侵。（2）性能。IDS的性能是指處理審計事件的速度。對一個實時IDS來說，必須要求性能良好。（3）完整性。完整性是指IDS能檢測出所有的攻擊。（4）故障容錯（faulttolerance）。當被保護系統遭到攻擊和毀壞時，能迅速恢復系統原有的數據和功能。（5）自身抵抗攻擊能力。這一點很重要，尤其是“拒絕服務”攻擊。因為多數對目標系統的攻擊都是采用首先用“拒絕服務”攻擊摧毀IDS，再實施對系統的攻擊。（6）及時性（Timeliness）。一個IDS必須盡快地執行和傳送它的分析結果，以便在系統造成嚴重危害之前能及時做出反應，阻止攻擊者破壞審計數據或IDS本身。
除了上述幾個主要方面，還應該考慮以下幾個方面：（1）IDS運行時，額外的計算機資源的開銷；（2）誤警報率／漏警報率的程度；（3）適應性和擴展性；（4）靈活性；（5）管理的開銷；（6）是否便于使用和配置。
5IDS的發展趨
隨著入侵檢測技術的發展，成型的產品已陸續應用到實踐中。入侵檢測系統的典型代表是ISS（國際互聯網安全系統公司）公司的RealSecure。目前較為著名的商用入侵檢測產品還有：NAI公司的CyberCopMonitor、Axent公司的NetProwler、CISCO公司的Netranger、CA公司的Sessionwall－3等。國內的該類產品較少，但發展很快，已有總參北方所、中科網威、啟明星辰等公司推出產品。
人們在完善原有技術的基礎上，又在研究新的檢測方法，如數據融合技術，主動的自主方法，智能技術以及免疫學原理的應用等。其主要的發展方向可概括為：
（1）大規模分布式入侵檢測。傳統的入侵檢測技術一般只局限于單一的主機或網絡框架，顯然不能適應大規模網絡的監測，不同的入侵檢測系統之間也不能協同工作。因此，必須發展大規模的分布式入侵檢測技術。
（2）寬帶高速網絡的實時入侵檢測技術。大量高速網絡的不斷涌現，各種寬帶接入手段層出不窮，如何實現高速網絡下的實時入侵檢測成為一個現實的問題。
（3）入侵檢測的數據融合技術。目前的IDS還存在著很多缺陷。首先，目前的技術還不能對付訓練有素的黑客的復雜的攻擊。其次，系統的虛警率太高。最后，系統對大量的數據處理，非但無助于解決問題，還降低了處理能力。數據融合技術是解決這一系列問題的好方法。
（4）與網絡安全技術相結合。結合防火墻，病毒防護以及電子商務技術，提供完整的網絡安全保障。
6結束語
在目前的計算機安全狀態下，基于防火墻、加密技術的安全防護固然重要，但是，要根本改善系統的安全現狀，必須要發展入侵檢測技術，它已經成為計算機安全策略中的核心技術之一。IDS作為一種主動的安全防護技術，提供了對內部攻擊、外部攻擊和誤操作的實時保護。隨著網絡通信技術安全性的要求越來越高，入侵檢測技術必將受到人們的高度重視。
參考文獻：
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[2]DenningDE.AnIntrusion-DetectionModel[A].IEEESymponSecurity&Privacy[C],1986.118-131
[3]張杰，戴英俠，入侵檢測系統技術現狀及其發展趨勢[J]，計算機與通信，2002.6：28-32
汽輪機熱工監視和保護系統以及由其所組成的信號報警系統和保護控制系統，是保護汽輪機安全運行的重要設備。隨著機組容量的增大，汽輪機安全監視和保護就顯得更加重要，同時對汽輪機的安全監視和保護裝置動作的準確性和可靠性也提出了更高的要求。原有及早期設計的保護系統大多為繼電器及硬件邏輯搭接的，可靠性較差，維護量較大。汽輪機振動及監控保護系統是為了監視汽輪機在運行過程中主軸和軸承的振動狀況及大軸彎曲而設計的，它由振動監視組件，速度監視組件和偏心監視組件三部分組成，每個部分可由用戶的需要提供若干組件，以完成用戶需要監視的測點。其中監視振動組件和偏心監視組件配渦流傳感器，用來監視主軸的振動狀況，渦流傳感器的輸出信號大小為－4—-20V，它是一個含有直流分量的交流信號，速度監視組件配電磁式傳感器，用來監視軸瓦的振動情況。
2汽輪機監測保護系統監視組件
振動監視組件是以單片機為核心研制的，為了對輸入信號進行有效的處理，要求所選用的CPU速度快，集成度高，指令系統簡單，根據目前世界上在線控制發展的趨勢和市場上提供的產品，監視組件選用8098單片機。8098單片機為準16位單片機，外接芯片簡單，具有16位處理速度，典型指令的執行時間為2μs，它的主要特性：十六位中央處理器；具有高效的指令系統；集成了采樣保持器和四路十位A/D轉換器；具有高速輸入口HSI，高速輸出口HSO和脈寬調制輸出PWM；具有監視定時器，可以在產生軟硬件故障時，使系統復位，恢復CPU工作。監視保護系統的設計方法和步驟分為：系統總體設計，硬件設計，軟件設計。它是指根據測量系統的功能要求和技術特性，反復進行系統構思，綜合考慮硬件和軟件的特點，原則：能用軟件實現的就不用硬件，但值得一提的是軟件會占用CPU的時間。為了縮短研制周期，盡可能利用熟悉的機型或利用現有的資料進行改進和移值，并采用可利用的軟硬件資源，然后根據系統的要求增加所需要的功能，在完全滿足系統功能的同時，為提高系統工作的可靠性和穩定性，還必須充分考慮到系統的抗干擾能力。
3汽輪機監測保護系統的硬件設計
主要是指單片機的選擇和功能擴展，傳感器的選擇，I/O口的選擇，通道的配置，人機對話設備的配置。振動監視組件由三個相互聯系的部分組成，分別是顯示板模塊，主板模塊，繼電器板模塊。矢量監視組件原理圖如下：
模擬通道設計：
8098內有一個脈沖寬度調置器PWM可用來完成數字信號至模擬信號的轉換。我們將PWM用于產生鍵相輸入比較電路的界限電壓。同時8098單片機的HSO也可以軟件編程構成脈沖調寬輸出，我們利用HSO.0、HSO.1構成兩路脈沖調寬輸出,用于通頻振幅及1信頻振幅模擬量輸出.脈沖調寬輸出信號TTL電平的調制脈沖,經CD4053緩沖電平變換.使信號振幅變為0－5V，再經過RC濾波，得到直流電壓信號，再經過一級同相跟隨，實現阻抗變換，得到要求的0－2.5V或1－5V的直流電壓信號輸出，其輸出阻抗R0=0.電壓信號經V/I轉換，便可得到0－10mA或4－20mA電流輸出。
顯示接口：
顯示接口采用8279芯片，可直接與8098單片機相連，其工作方式可通過編程設定。接口電路采用了通用的可編程鍵盤，顯示器接口器件8279，它是鍵盤顯示控件的專用器件，與單片機接口簡單方便，其工作方式可通過編程設置。8279的監測輸入線RL0－RL7工作再選通輸入方式，可輸入8個撥動開關信號，以選擇該系統的工作方式。
I/O通道擴展：
8098單片機本身只有32根I/O線，其中16根作為系統地址、數據總線，8根HIS/HSO線，4根模擬量輸入線，還有4根多功能線，可用作TXD、RXD以及外中斷輸入、脈寬調制輸出，這些I/O口各有用途，監視組件為了進行參數設定及響應系統監視組件信號，必須進行I/O功能擴展。當單片機提供的I/O接口不夠用時，需要擴展I/O接口以實現TSI功能。8098有四個端口即p0、p2、p3、p4，共32根I/O線，監視保護系統設計時，p0一部分作為模擬量輸入線；p2一部分作為串行口，另有一部分作為脈沖寬度調制輸出；p3作為數據總線和地址總線低八位復用；p4的一部分提供地址總線的高八位。I/O通道擴展電路：一種以8155作為接口，另一種以8255作為接口。接口主要有8155，8255，8279，EPROM選用的是2764，掉電保護用的是EPROM2864。8155和8255是作為普通的輸入和輸出口使用的，它們主要用于設定開關狀態的輸入及報警狀態的輸出。8279是顯示接口，用來控制顯示器的顯示，監控保護系統顯示部分采用的是由128根發光二極管組成的兩根光柱，每根光柱對應一根通道。8279的回掃線RL0－RL7用作選通輸入方式。
4汽輪機監測保護系統的軟件設計
主要是應用軟件的設計。根據系統功能要求設計。在設計應用軟件時，必須考慮到單片機的指令系統和軟件功能，并與硬件統籌考慮。單片機的系統開發，其軟件設計不可能相對于硬件而獨立，其軟件總要與硬件結合在一起，實現要求的功能。當應用系統總體方案一經審定，硬件系統設定基本定型，大量的工作將是軟件系統的程序設計與調試。振動監視組件軟件的設計采用模塊編程法，模塊法的優點是把一個較為復雜的程序化為編制和裝配幾個比較簡單的程序，使程序設計容易實現。由于塊與塊之間具有一定的獨立性，如果其程序模塊需要修改或變動時，將只影響模塊內部程序，而對其它程序模塊的影響很小，或基本沒影響就很方便，它主要由下面幾個部分組成：標準的自檢程序模塊；采樣以及通道計算程序模塊；設定值調整程序模塊，報警程序模塊。
自檢程序模塊：該模塊檢查系統的電源電壓是否正常，系統將以故障碼的形式提示用戶：系統電源出現故障，并指出哪一路電源處于故障狀態。系統得自檢功能由上電自檢，循環自檢和用戶請求自檢三部分組成。在自檢過程中，系統解除所有形式的保護。如果自檢過程中發現故障，那么監視保護系統一直處于自檢狀態，直至用戶排除了故障為止。
采樣及通道值計算程序模塊：本程序模塊首先對監視保護系統處于的狀態進行判斷，這些狀態是指監視保護系統是否處于通道旁路和危險旁路，如果監視保護系統某一通道處于旁路狀態，那么解除繼電器報警，系統正常燈熄，旁路燈亮，同時通道指示值為0。如果監視保護系統某一通道沒有被旁路，則啟動該通道的A/D轉換，隨后將采集的數字信號進行濾波，計算得到通道值。模擬量輸出通道輸出代表該通道值的標準電流值0－10mA.DC或4－20mA.DC。
設定值調整程序模塊：設定值包括警告設定值和危險設定值兩個，它存放在EPROM2864中，即使斷電，存放在其中的值也不會丟失，顯示面板上的“警告”或“危險”鍵按下，棒狀光柱上將顯示警告或危險設定值，如果要對設定值進行調整，還需要按下主線路板上的設定開關，再按下面板上的“警告”或“危險”鍵，最好按下系統監視面板上的“?”或“?”，即可對設定值調整。在軟件中，當設置點調整后，AF標志置零，程序根據AF標志判斷是否需要將條調整值重新寫入2864。
報警程序模塊：如果兩通道的測量值之差即差值超過警告或危險設定值，那么監視保護系統將處于警告或危險狀態，這時顯示面板上的警告或危險報警燈亮，同時將驅動警告或危險繼電器，如果處于危險旁路狀態，那么僅僅是兩個通道的危險燈亮而危險繼電器則不動作。如果監視組件處于通電抑制狀態，那么將解除所有形式的報警。
顯示程序模塊：顯示程序模塊執行顯示雙通道的測量值、報警值以及四種故障代碼。在8098內部RAM中，開設一個具有16個寄存器單元緩沖區，如80H-8FH。將緩沖區對半分成兩部分，每一部分的寄存單元寄存一個通道的顯示代碼。將顯示代碼送到8279的顯示緩沖區，8279可以自動掃描顯示。
中斷程序模塊：T1的溢出周期作為輸出脈沖信號的寬度，改變HSO高低電平的觸發時間就可以改變方波的占空比，從而改變輸出電流大小。
“大型汽輪發電機組性能監測分析與故障診斷軟件系統”在仿真機上運行，能對仿真機運行工況進行監視，也能通過實時數據庫與實際機組的計算機聯網，對實際運行機組工作狀況進行監測和分析等。
參考文獻
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網絡安全管理技術
目前，網絡安全管理技術越來越受到人們的重視，而網絡安全管理系統也逐漸地應用到企事業單位、政府機關和高等院校的各種計算機網絡中。隨著網絡安全管理系統建設的規模不斷發展和擴大，網絡安全防范技術也得到了迅猛發展，同時出現了若干問題，例如網絡安全管理和設備配置的協調問題、網絡安全風險監控問題、網絡安全預警響應問題，以及網絡中大量數據的安全存儲和使用問題等等。
網絡安全管理在企業管理中最初是被作為一個關鍵的組成部分，從信息安全管理的方向來看，網絡安全管理涉及到整個企業的策略規劃和流程、保護數據需要的密碼加密、防火墻設置、授權訪問、系統認證、數據傳輸安全和外界攻擊保護等等。在實際應用中，網絡安全管理并不僅僅是一個軟件系統，它涵蓋了多種內容，包括網絡安全策略管理、網絡設備安全管理、網絡安全風險監控等多個方面。
防火墻技術
互聯網防火墻結合了硬件和軟件技術來防止未授權的訪問進行出入，是一個控制經過防火墻進行網絡活動行為和數據信息交換的軟件防護系統，目的是為了保證整個網絡系統不受到任何侵犯。
防火墻是根據企業的網絡安全管理策略來控制進入和流出網絡的數據信息，而且其具有一定程度的抗外界攻擊能力，所以可以作為企業不同網絡之間，或者多個局域網之間進行數據信息交換的出入接口。防火墻是保證網絡信息安全、提供安全服務的基礎設施，它不僅是一個限制器，更是一個分離器和分析器，能夠有效控制企業內部網絡與外部網絡之間的數據信息交換，從而保證整個網絡系統的安全。
將防火墻技術引入到網絡安全管理系統之中是因為傳統的子網系統并不十分安全，很容易將信息暴露給網絡文件系統和網絡信息服務等這類不安全的網絡服務，更容易受到網絡的攻擊和竊聽。目前，互聯網中較為常用的協議就是TCP/IP協議，而TCP/IP的制定并沒有考慮到安全因素，防火墻的設置從很大程度上解決了子網系統的安全問題。
入侵檢測技術
入侵檢測是一種增強系統安全的有效方法。其目的就是檢測出系統中違背系統安全性規則或者威脅到系統安全的活動。通過對系統中用戶行為或系統行為的可疑程度進行評估，并根據評價結果來判斷行為的正常性，從而幫助系統管理人員采取相應的對策措施。入侵檢測可分為：異常檢測、行為檢測、分布式免疫檢測等。
企業網絡安全管理系統架構設計
1系統設計目標
該文的企業網絡安全管理系統的設計目的是需要克服原有網絡安全技術的不足，提出一種通用的、可擴展的、模塊化的網絡安全管理系統，以多層網絡架構的安全防護方式，將身份認證、入侵檢測、訪問控制等一系列網絡安全防護技術應用到網絡系統之中，使得這些網絡安全防護技術能夠相互彌補、彼此配合，在統一的控制策略下對網絡系統進行檢測和監控，從而形成一個分布式網絡安全防護體系，從而有效提高網絡安全管理系統的功能性、實用性和開放性。
2系統原理框圖
該文設計了一種通用的企業網絡安全管理系統，該系統的原理圖如圖1所示。
2.1系統總體架構
網絡安全管理中心作為整個企業網絡安全管理系統的核心部分，能夠在同一時間與多個網絡安全終端連接，并通過其對多個網絡設備進行管理，還能夠提供處理網絡安全事件、提供網絡配置探測器、查詢網絡安全事件，以及在網絡中發生響應命令等功能。
網絡安全是以分布式的方式，布置在受保護和監控的企業網絡中，網絡安全是提供網絡安全事件采集，以及網絡安全設備管理等服務的，并且與網絡安全管理中心相互連接。
網絡設備管理包括了對企業整個網絡系統中的各種網絡基礎設備、設施的管理。網絡安全管理專業人員能夠通過終端管理設備，對企業網絡安全管理系統進行有效的安全管理。
2.2系統網絡安全管理中心組件功能
系統網絡安全管理中心核心功能組件：包括了網絡安全事件采集組件、網絡安全事件查詢組件、網絡探測器管理組件和網絡管理策略生成組件。網絡探測器管理組件是根據網絡的安全狀況實現對模塊進行添加、刪除的功能，它是到系統探測器模塊數據庫中進行選擇，找出與功能相互匹配的模塊，將它們添加到網絡安全探測器上。網絡安全事件采集組件是將對網絡安全事件進行分析和過濾的結構添加到數據庫中。網絡安全事件查詢組件是為企業網絡安全專業管理人員提供對網絡安全數據庫進行一系列操作的主要結構。而網絡管理策略生產組件則是對輸入的網絡安全事件分析結果進行自動查詢，并將管理策略發送給網絡安全。
系統網絡安全管理中心數據庫模塊組件：包括了網絡安全事件數據庫、網絡探測器模塊數據庫，以及網絡響應策略數據庫。網絡探測器模塊數據庫是由核心功能組件進行添加和刪除的，它主要是對安裝在網絡探測器上的功能模塊進行存儲。網絡安全事件數據庫是對輸入的網絡安全事件進行分析和統計，主要用于對各種網絡安全事件的存儲。網絡相應策略數據庫是對輸入網絡安全事件的分析結果反饋相應的處理策略，并且對各種策略進行存儲。
3系統架構特點
3.1統一管理，分布部署該文設計的企業網絡安全管理系統是采用網絡安全管理中心對系統進行部署和管理，并且根據網絡管理人員提出的需求，將網絡安全分布地布置在整個網絡系統之中，然后將選取出的網絡功能模塊和網絡響應命令添加到網絡安全上，網絡安全管理中心可以自動管理網絡安全對各種網絡安全事件進行處理。
3.2模塊化開發方式本系統的網絡安全管理中心和網絡安全采用的都是模塊化的設計方式，如果需要在企業網絡管理系統中增加新的網絡設備或管理策略時，只需要對相應的新模塊和響應策略進行開發實現，最后將其加載到網絡安全中，而不必對網絡安全管理中心、網絡安全進行系統升級和更新。
3.3分布式多級應用對于機構比較復雜的網絡系統，可使用多管理器連接，保證全局網絡的安全。在這種應用中，上一級管理要對下一級的安全狀況進行實時監控，并對下一級的安全事件在所轄范圍內進行及時全局預警處理，同時向上一級管理中心進行匯報。網絡安全主管部門可以在最短時間內對全局范圍內的網絡安全進行嚴密的監視和防范。
在今天，我國科學技術蓬勃發展帶動了各個領域有不同程度的進步和發展。煤礦行業之所以能夠有很大程度的進步，與科學技術的有效運用分不開。目前應用于煤礦開采中的煤礦安全監控系統就是最好的證明，其合理而有效的運用，大大提高了煤礦開采的安全性。但煤礦安全監控系統并沒有達到非常完美的程度，其也存在多想不可忽視的問題。具體表現為。
1.1傳感器質量和性能較差
傳感器作為安全監測監控系統的重要組成部分，保證其質量和性能是高效運用安全監控檢測系統的關鍵之一。但事實上，目前我國大多數煤礦開采中所應用的安全監測監控系統就存在傳感器質量和性能較差的情況，傳感器質量和性能較差具體表現為載體催化元件的應用效果差，容易影響傳感器的正常使用；傳感器制作工藝技術比較落后，會降低傳感器的使用性等。因各種因素而促使傳感器的質量和性能降低是安全監測監控系統當前存在的問題之一，需要通過有效的措施來調整和優化，才能夠保證傳感器合理而有效的應用。
1.2通信協議不規范
所謂的安全監測監控系統通信協議不規范是指其缺乏符合礦井電氣防爆等特殊要求的總線標準，所以現有生產廠家的監控系統的通信協議幾乎都采用各自專用的，互不兼容。此種情況的存在使得我國安全監測監控系統的通信協議表現出不規范這一特點。而通信協議不規范的情況將會無法實現資源貢獻，相應的安全監測監控系統的更新和升級就會受到一定的影響和阻礙，安全監測監控系統的應用效果受到一定程度的抑制。所以說，煤礦安全監測監控系統通信協議不規范也是導致此系統無法高效運用的因素之一。
2增強煤礦安全監控監測系統運行效果的有效措施
煤礦開采是一項危險性較大的工作，在進行煤礦開采作業的過程中存在很多危險因素，一旦危險因素未得到有效的控制，很容易導致安全事故發生，不僅影響煤礦正常開采，還會導致人身受損。安全監測監控系統合理而有效的運用能夠大大改善此種現狀，當然是是以保證安全監測監控系統高效運用為前提。如何才能夠實現煤礦安全監測監控系統高效運用？作者結合相關的資料，提出以下幾點建議。
2.1研發高質量、高性能的傳感器
傳感器作為煤礦安全監控監測系統的重要組成部分之一，其合理而有效的應用能夠提高安全監測監控系統的運行效果。而我國目前所應用的安全監測監控系統的傳感器質量和性能不佳，直接影響安全監測監控系統的合理應用。針對此種情況，作者建議應當充分利用不斷創新的科學技術來研發高質量，高性能的傳感器，將其安裝在安全監測監控系統中，以此來提高監控系統的應用性，為安全高效的煤礦開采創造條件。
2.2統一化規范化通信協議
上文中已經充分說明當下我國煤礦安全監測監控系統通信協議不規范，通信協議不規范將造成設備重復購置、系統補套受制于人和不能隨意進行軟硬件升級改造等后果。為了盡量避免此種情況出現在安全監測監控系統中，應當對安全監測監控系統通信協議進行調整和約束，促使其規范化和統一化，從而保證我國所應用的安全監測監控系統能夠實現資源共享，升級安全監控檢測系統，使其合理而有效的應用。當然，實現通信協議統一化和規范化并不是非常容易的，需要我國推出很多規范性規程和標準對通信協議進行規范化處理。只有推出統一的。規范的通信協議，才能夠保證安全監測監控系統能夠采用統一的數據庫、統一的數據格式、統一的升級模式、統一的系統資源，促使煤礦安全監測監控系統能夠更加高效的應用。
2.3專家診斷、決策系統的優化
盡管目前應用于煤礦開采中的安全監測監控系統具有良好的應用性，但同時它也存在不可忽視的問題，只有有效的處理安全監測監控系統存在的問題，才能夠真正意義上實現系統的優化，促使其性能更強，應用效果更好。如何才能夠實現煤礦安全監測監控系統的優化？作者建議有此方面的專家對安全監測監控系統進行詳細的、深入的、全面的診斷，準確的診斷出煤礦安全監控監測系統存在的質量問題，并針對煤礦安全監測監控系統存在的問題進行詳細的分析，制定合理的改善措施，改變系統功能單一、簡單的情況，使其性能、質量等方面得到良好的優化，更加合理的應用于煤礦開采中。
3結束語
運動目標檢測是將運動的目標(如車輛、人等)從視頻圖像序列中提取出來，是視頻的后續處理，如日標分類、目標跟蹤以及行為理解等機路視覺的高級應用的纂礎。本文采用的運動目標槍測算法結合了混合高斯建模和幀間差分算法，以及形態學的閉運算.為后續處理提供1個連通的、去噪的運動目標二值圖。混合高斯建模m是通過使用K(一般取3一S)個高斯概率密度函數來精確地量化圖像中每個像索的值。K個高斯分布按照優先級進行排序，然后與像素伍進行匹配判斷，若匹配，則用該像素值對高斯模型進行均值、方籌的更新:若像素值與K個分布都不匹配，則新增加一個高斯分布，均值為當前的像素俏.方差初始化為一個較大的值:對十未匹配的高斯分布，其均值和方差保持不變。排匹配完一個像素，需修改所有的高斯分布的權重系數，對于匹配的分布模型.則增大其權重;對于不匹配的分布模型，則降低其權重。因此，K個高斯分布表征的是圖像序列中最頻繁出現的像素值的模型，即背景模型，只要選取一個合適的閡放.就可把這些高斯模型合成一幅背景圖像，進而得到運動的前景圖。混合高斯建模能夠動態地維護和更新背景，對環境具有較強的適應性，尤其是解決了背景環境受頻繁擾動，如下雨、樹葉擾動、水波紋等情況一下.難以提取的問題。幀間差分w}的原理是對視頻圖像序列中相鄰兩幀或者足多幀作差分運算.利用兩幀圖像之間的差異來提取運動目標。幀間差分算法簡單，運算速度快.對環境有較強的的適應性，但是，幀圖2顯示的是運動前景提取的效果。可以看出，圖(b)是高斯背景建模算法提取的前景圖.圖中右上角有一輛車運動速度慢，且顯示的顏色大部分是相同的黃色，且高斯背景更新地比較慢，因此，該車大面積被判定為背景，檢測的效果不佳。圖(c)是幀間差分算法提取的前景圖，圖中檢測的汽車內部存在空洞部分圖(d)是結合兩種算法得到的運動二值圖.由圖可知，本文提出的弊法規避I單獨使用高斯背景建模和幀間差分算法的缺陷，融合r兩種算法的優勢，得到一個更準確的前景圖。圖(e)是經過閉囚運算輸出的連通、消噪的二位圖。
2.車輛識別算法
車輛識別的主要內容是通過分析交通視頻圖像，從中獲取車輛的特征，用于從運動物體'R”提取出汽車。本文車輛的識別是通過對汽車輪廓的再分析，提取出輪廓內連通區域的面積和包括汽車輪廓的最小四邊形的長寬比值作為汽車的特征量，進行汽車的識別。輪廓提取算法輸入的是一幅運動二值圖，目的是對連通的圖像進行邊界跟蹤，從而得到一個有序的、壓縮的、表征目標輪廓的邊界點集。本文的輪廓提取算法采用的是八領域的邊界跟蹤算法。圖中“P”代表當前像素點，其周圍8個像素點為點P的八鄰域，八鄰域的方向碼如圖3所示。八領域邊界跟蹤算法c5},}i先，系統從左到右，土到下對二值圖像進行掃描。如果點P(i.J一”為0o”且點P(i.J>為‘'t'，則記點P(i.,l)為邊界跟蹤的起始點PO，同時，設八領域的搜索方向碼dir的初值為70其次，按逆時針方向依次判斷當前點尸的八鄰域像素值是否為“I"。若當前搜索的像素r}不為.t.，則d介十主，繼續搜索，直到找到下一個邊界點，記為湯.同時記下該像素對應的坐標值和力‘向碼。母一個新邊界點的搜索，都要設置d行起始方向，dir的設置由公式1給出。不斷重復這個步驟，直到pn=p0。，邊界搜索結束，得到一個閉合的目標輪廓。dir=(dlr+7)mod6,diro為偶數(dir+6)mod氏dir為奇數(I)本文的設計中，搜索的足連通域最外層的邊界，即物體的輪廓。輪廓數據的壓縮.采用的是壓縮同一方向的點集，只用直線的兩端點來表示的方法。得到了物體的輪廓后，進而計算該輪廓內連通區域面積的大小以及包圍輪廓的最小四邊形的長寬比值，用十從眾多的運動物體中篩選出汽車。圖9所示是汽車的識別結果，輸入的二值圖像(a)中，包含了行人和自行車以及大片的噪聲，利用本文提出的汽車識別算法，有效地在這些物體中提取出了汽車，如圖(h)所示。
3.車輛跟蹤算法
目標跟蹤算法需要具備實時性以及穩定性，用于跟蹤的目標特征ipk不僅滿要具備尺度變化、旋轉不變性，還要求數據最小，具備獨特性。目前存在的跟蹤算法如粒子濾波算法、Camshift}0}算法，[1標特征量如灰度直方l婦、角點、紋理等信息都不適宜路面車輛的跟蹤。本文提出了質心跟蹤算法。2i#輛汽車都有自己獨一無幾的行}i}1軌跡，同一時刻不Il的汽車其質心位置相差比較大，日_同一輛汽車在前后兩ipr;i的質心位置變化較小。此外，可以采用前后兩幀物體質心的距離來進行汽車的匹配和跟蹤。質心是包圍物體輪廓的最小四邊形的中心。運動物體以前后兩幀質心的歐式距離作為匹配和跟蹤的依據，通過設置一較小的距離閩值n，對該趾離進行判斷。在距離閡值范圍內的認為是同一物體。質心匹配是通過兩個雙鏈表的查詢和比較來實現的。兩個鏈表.一個是.}y前鏈表，一個是歷史鏈表，分別用于保存當前幀和前一幀所有物體輪廓對應的信息。要匹配前后兩l隨對應的物體，就要在歷史鏈表中找到與當前鏈表一一對應的物體，并用當前鏈表的數據對歷史鏈表中對應物體節點的信息進行更新。因此，歷史鏈表隨時問更新，動態地保存著運動物體的信息。匹配算法的關鍵在于維護和更新歷史鏈表。歷史鏈表的更新操作分為3種悄況.一是對于新出現的物體，則應在歷史鏈表中添加該物體對應的節點信息:二是對于消失的物體，則應該在鏈表中刪除對應的節點信息:二是對于找到匹配的物體，則應用當前鏈表中物體的信息對歷史鏈表中對應的節點信息進行更新:因此.歷史鏈表的更新午要完成保持對原有物體跟蹤的同時，動態地添加新物體和刪除消失的物體。圖4是質心跟蹤算法的效果圖。圖中顯示的是連續4幀的汽車跟蹤畫而，跟蹤到的汽車以不同的數字編碼表示。圖巾，同一輛汽車的標號始終未變.說明，路面車輛這4幀圖像中得到了準確地匹配和跟蹤。因此，本文提出的質心跟蹤算法實時、有效、且準確無誤。
4.功能模塊設計
該模塊主要實現交通監控中常用的功能。如車流量的統計、車輛行駛方向的判斷、車輛行駛速度的分析:記錄車輛的違章行為，如逆向行駛、違章停車、越線等。基于車輛的匹配和跟蹤功能的實現，結合其他圖像分析的技術，還能便捷地實現其它路面車輛分析技術中所用到的功能。圖5顯示了一個簡單的車輛監測系統的界面，畫面中包含了3個信息、:跟蹤到的汽車鑲-輛汽車以其質心處的數字標號表示):汽車的行駛方向(以矩形框不同的顏色區分，黑表示向右行駛，白色表示向左行駛):不同行駛方向下的車流量(畫面的左上角和右上角以對應的顏色表示出車流量的統計情況)。
5.結束語
1．1系統數據庫設計
數據庫是數據管理系統的核心和基礎。根據地鐵隧道保護區變形監測的內容和特點對系統數據庫進行合理設計，使所創建的系統數據庫成為存儲信息與反映信息內在聯系的結構化體系，從而有效、準確、及時地完成系統所需要的各項功能。數據庫設計包括數據庫結構設計、數據庫表設計和數據庫安全設計。
1．1．2數據庫表的設計
系統數據庫表的設計主要包括項目信息表的設計、用戶信息表的設計、監測點屬性表的設計、水平位移監測成果表的設計和沉降位移監測成果表的設計。
1．1．3數據庫安全設計
數據庫的安全是指對數據庫出現問題的預防和處理，包括以下幾部分:1)數據庫備份與恢復數據庫的備份方式有兩種:一是全庫備份(將整個數據庫全部信息進行備份);二是增量備份(對變化的數據進行實時備份)。數據庫的恢復同樣包含以上兩種方式。在數據庫的備份和恢復過程中，可以根據需要選擇合適的方式。2)數據庫權限數據庫權限管理按所屬角色和角色權限進行管理，即將所有用戶按使用數據的情況劃分為不同的角色，每一個角色再賦予相應的權限。
1．2系統功能設計
根據系統需求和數據庫設計將系統功能分為項目管理、監測點信息管理、監測成果管理及系統管理四大模塊，每個功能模塊都由具體的子模塊來支持和實現。
1．2．1項目管理
1)可以通過在數據庫表中輸入或者程序中錄入添加項目信息，可以預覽所有項目信息并選擇要打開的項目名稱。2)可以對具體某一項目信息進行預覽，包括項目名稱、工程概況、工程地質概況、基坑與地鐵位置關系等信息的查看、修改并進行保存。
1．2．2監測點信息管理
1)監測點屬性預覽。查看監測點的點名、測段、車道、具置、里程、材料等屬性信息。
2)監測點查詢。在程序界面選擇監測點的屬性數據類別和屬性值條件，即可查詢出滿足用戶要求的測點信息，還可以將查詢結果導出到EXCEL中進行編輯打印。3)監測點管理。可以對查詢到的監測點屬性信息進行刪除、修改;可以添加新的監測點并保存至數據庫中，用戶可以在系統程序界面的相應空格中填入數值并保存至系統數據庫中，也可以將EXCEL格式或文本數據格式的數據自動導入系統數據庫存并保存，在導入數據之前只需將所要添加的數據按照指定格式存儲至EXCEL或記事本即可。監測點分布圖在項目管理界面打開具體項目后會自動加載，管理者可以很直觀地看到監測點的分布狀況。
1．2．3監測成果管理
監測成果的輸入和管理方法與監測點的輸入和管理方法相似。由于測量作業的規范性，系統不允許對監測成果進行修改;監測成果的輸入可以通過手動輸入和數據文件導入兩種方法保存至系統數據庫中，添加數據過程中，程序動態顯示更新的數據和添加后數據庫中所有的數據信息;通過選擇測點的主要屬性值，設置測期、兩期變化量、累計變化量等監測成果條件來查詢滿足用戶要求的測點成果，查詢結果可導入EXCEL表進行保存、打印。監測成果分析:通過應用不同的數據分析方法和方式對各種監測數據進行處理分析，同時，根據前期數據和相關輔助資料進行預報分析，其中，分析過程和方式采用表格和曲線圖形方式進行。
1)監測點穩定性分析應用相關穩定性分析方法(如統計分析方法、經驗分析方法)并結合監測現場實際，對不同類型監測點穩定性進行分析評判。
2)圖表分析通過不同的圖表形式(以沉降監測為例，如沉降量曲線圖、沉降速率曲線圖、沉降速率對比曲線圖等)進行分析，更加直觀地了解地鐵結構的變形情況和趨勢。
3)監測數據預報分析根據穩定性分析及監測歷期的成果，應用相應的預報方法(如經驗方法、統計方法等)，結合相關資料對變形趨勢進行預報分析，為用戶掌握結構變形的趨勢提供參考。
1．2．4系統管理
1)系統用戶管理
用戶角色與管理權限設置，保證系統數據安全;用戶登錄系統的過程必須在系統日志中進行登記，包括用戶名、登錄時間、對系統的操作過程及在系統中滯留的時間等。系統管理員定期將系統用戶使用情況向主管領導匯報。在征得主管領導同意后，系統管理員可以根據實際情況添加用戶或提升、降低某些用戶的使用級別，必要時可以禁止某些用戶的使用權限。
2)系統日志管理
本系統為系統管理員提供系統日志的檢查和備份功能，使系統管理員通過對系統日志的查看，了解系統的使用情況及存在的不足和問題，及時處理系統存在的隱患，保證系統的高效運行。
3)數據庫備份與恢復
為了保證管理系統或計算機系統經災難性毀壞后，能正常恢復運行，必須進行數據庫的備份與恢復。系統采用自動備份與人工備份相結合的方式，確保系統的安全穩定運行。1．2．5退出若相關操作尚未完成或存在不確定因素，提示用戶完成相關操作，避免操作失誤。
2系統的開發與應用
此次研究開發工作是在充分了解地鐵隧道保護區變形監測內容和過程的基礎上完成的。在開發過程中，通過需求分析、系統建設目標，制定了系統開發計劃、方案和技術路線，通過具體了解變形監測信息管理分析過程確定了系統開發平臺與工具。系統以WindowsXP/7為操作平臺，利用可視化編程語言編寫客戶端程序，利用客戶端程序將數據導入到服務器的數據庫存儲，對服務器數據進行處理。數據庫采用的是ACCESS2003數據庫，它具有強大的數據處理與分析能力，有較高的可伸縮性及可靠性。系統的開發采用VisualBasic6．0作為開發語言，應用ADO技術與數據庫有機的聯系在一起。
在數據庫設計階段，根據監測項目和數據管理及數據分析的需要詳細設計了數據庫表。同時在數據庫安全方面也做了詳細設計。在功能設計階段，根據管理分析監測數據的流程劃分了系統具體的功能結構，并對每個功能模塊進行了詳細的設計。在設計數據管理模塊過程中，應用ADO對象與SQL聯合數據庫編程技術，完成了VB對數據庫的管理，實現了VB中對數據庫的查詢、添加、刪除、修改等功能。為了保證數據庫的安全，還增加了對數據庫的恢復與備份，以防造成監測成果和項目信息的丟失。在設計數據分析模塊過程中，圖表分析采用MSchart控件生成監測成果曲線圖(以沉降監測為例)，包括沉降量曲線圖、沉降速率曲線圖、過程線圖等，通過結合平差數據及相關曲線圖的分析，可以更加直觀地了解地鐵隧道保護區的變形狀況。
系統應用過程:按照系統數據庫中數據表的字段格式建立正確的數據庫表，根據實際情況確定工程項目信息、測點屬性信息和監測成果信息。將整理后的信息數據分別錄入數據庫中;通過系統連接數據庫，對項目信息、測點屬性信息和監測成果信息進行管理，并對監測成果進行分析成圖和監測預報分析，并分析地鐵隧道結構變形情況。該系統在南京某地鐵保護區監測信息管理中得到了很好應用，實際應用表明該系統具有如下特點:
1)系統應用ADO技術將數據庫與系統有機結合在一起，使VisualBasic語言與ACCESS數據庫的優勢得到最大的發揮，客戶端界面簡潔，操作簡單，功能強大，真正實現了地鐵隧道保護區變形監測內外業一體化操作。2)數據管理方便，具有高效的數據庫，統計、查詢功能界面友好。3)數據分析模塊采用曲線圖更加直觀地呈現出地鐵隧道保護區變形的過程與趨勢，并運用回歸分析模型對變形進行預測。4)系統開發應用的成功為今后地鐵隧道保護區安全監測專家系統的研究開發積累了一定的經驗，值得二次開發和完善。
3結束語
系統概述
待檢測車輛需要經過檢測通道，如圖1所示。將紅外攝像頭放置于通道中間，獲得車底部熱感應圖像。為了獲取較廣的視角以及較小形變的圖像，紅外攝像頭安放的仰角為40°。由于監控室與檢測通道的距離較遠，且通道數較多，因此需要通過光端機將所獲取的視頻傳輸給監控室控制臺PC機。檢測軟件根據本文提出的檢測算法對捕獲到的圖像進行分析，若判斷車輛底部藏人則向系統發出報警信號，以便其通過控制安全桿做出相應攔截措施。視頻傳輸示意圖，如圖2所示。
軟件設計
軟件設計采取的基本實現策略是先定位后檢測。首先進行運動車輛檢測，其次根據車輛的自身特征，定位可疑目標在車輛底部可能的藏匿部位。當區域定位完成后，對該區域進行感興趣區域（RegionOfInterest，ROI）的選取。最后對ROI進行檢測，判斷是否藏人。檢測系統流程圖如圖3所示。通過對車輛的掃描檢測過程，查出藏匿于車底的可疑目標，實現自動檢測。
1圖像去噪
圖像去噪是圖像預處理的一個環節，也是整個圖像預處理中的關鍵一步。在對運動車輛定位的過程中，針對車輛與環境對比度大、信息豐富，受噪聲影響較小等特點，只需對圖像采用常規的均值濾波進行處理。而在檢測目標時，為了在去除噪聲的同時，最大程度的保存目標的邊緣信息，采用了基于開關控制的組合濾波。濾波器的基本思路是將圖像劃分為三類區域：孤立噪聲點區、平坦區和邊緣信息區。其主要處理原則為：孤立噪聲點區的灰度與其鄰域往往有較大的差異，可按照椒鹽噪聲進行處理，選用中值濾波器；平坦區往往包含高斯噪聲，可采用加權均值濾波器加以消除；邊緣信息區包含了圖像的細節信息，應作為保留區域不做處理。將處理后的三個區域加以合成，即得到了去噪后的圖像。
濾波器性能的關鍵在于分類開關的設計，借用順序統計濾波的思路，將濾波器設計成N×N的掩模算子，N為奇數，使該掩模在整個圖像上滑動，對它所覆蓋的圖像中的像素點xi進行排序，得到序列x（1），x（2）……x（N^2），利用排序結果設計下面的分類規則：a、b為排序后的位置偏移量，Ta和Tb為閾值。基于開關控制的組合濾波算法就包括這么幾個步驟：（1）對掩模覆蓋的圖像像素點進行排序；（2）利用分類規則進行三個區域劃分；（3）對孤立噪聲點區進行中值濾波，對平坦區進行均值濾波；（4）將處理后的區域合成，得到去噪圖像。
2車輛檢測及目標區域的定位
2.1運動車輛檢測
對于實時性要求較高的場合，運動目標的檢測一般用背景差分法和幀間差分法。背景差分法是利用序列中當前幀圖像與背景圖像的差分來消除背景、提取運動目標區域的一種技術。背景差分法可根據實際情況設定差分閾值，所得到的結果直接反映了運動目標的大小、形狀和位置，可以得到比較精確的運動目標信息，但該方法應用于紅外目標檢測時易受環境溫度、天氣等外界條件變化的影響。幀間差分法是利用視頻序列中連續的兩幀或多幀圖像的差異來檢測和提取運動目標。該方法對場景的變化不太敏感，適用于動態環境，穩定性好。不足之處是：1）無法抽取完整的運動目標，僅能得到運動目標的邊界；2）運動目標提取效果依賴于幀間時間間隔的合理選擇。本文針對待檢測目標所處背景在短時間內為靜態背景，而較長時間內背景會發生動態變化的特點，并結合兩種方法的優點，設計出改進的背景差分法。算法原理圖如下：其中F(K)為當前幀，B為通過隔幀幀差法求得的當前背景圖像，D為差分結果圖，R為二值化圖像。
該算法繼承了幀間差分法對場景變化不太敏感的優點，能準確更新背景差分法所需要的當前背景圖，進而提取出完整的運動目標。下面是采用基本背景差分法和改進后背景差分法，在不同時候背景更新保存的背景圖片。基本背景差分法在系統長時間運行之后，會出現背景更新出錯，檢測流程紊亂，從而產生檢測系統失效現象。而采用改進的背景差分法，即使是經過長時間運行，系統也能確保背景更新的準確。
2.2目標區域定位
由于運動車輛特性已知，在其運動的過程中，可以通過對目標局部圖像進行特征提取，定位可疑區域。目標的一般特征包括點、邊緣、區域和輪廓。點特征對圖像的分辨率、旋轉、平移、光照變化等有很好的適應性，常用的點特征描述算子如SIFT、SURF等都具有很高的精度，但這些算法復雜度高，難以滿足實時檢測的要求，并且紅外圖像特征點往往較少，采用點描述算子并不能達到令人滿意的效果。因此本文根據實際目標的特性，采用了對線、面特征進行描述的方法來標注運動車輛。運動的車輛受車底傳動抽、燃燒室以及空間限制，目標一般躲藏于車廂后輪位置。
為了準確定位目標區域，目標區域進入視場之前的運動車輛局部特征需要重點描述。車廂底部進入攝像頭視場時如圖6(a)所示。為了提取車輛的直線特征，需要對車底圖像進行邊緣提取。常見的邊緣檢測算子有：Laplace、Sobel以及Canny等。由于Laplace算子常常會產生雙邊界，而Sobel算子又往往會形成不閉合區域，對后面直線檢測都會產生不利的影響。
Canny算子克服了上述算子的缺陷，能夠盡可能多的標識出圖像中的實際邊緣，并且能夠將較小的間斷點進行連接，因此能夠形成較為完整的邊界線。Canny算子是最優的階梯型邊緣檢測算法，本文采用選用Canny算子進行圖像的邊緣檢測。邊緣檢測結果如圖6(b)所示，較為明顯且具有特征不變性的為直線邊緣。當可能藏人的區域進入攝像頭視場時，車底圖像的直線特征隨之消失（如圖6(c)），因此可以利用圖像的直線特征來定位后輪檢測區域。Hough變換檢測直線是較為理想的直線檢測方法，由PaulHough于1962年提出。經過Hough變換后，根據已知的目標直線位置、角度、長度，選取符合條件的直線。圖6(b)、(c)中白色粗線為所檢測出的目標直線。
受環境因素的影響，車底直線特征可能并不明顯，因此單一的直線特征提取難以滿足檢測精度要求，如圖7所示情況。實驗發現車底面特征不易受到周圍環境、溫度的影響，因此可以進行面特征提取。選定區域為圖6(b)中虛線框內，滿足要求的特征為梯度小于一定閾值，即具有平滑特征，判斷方法是計數虛線框內邊緣點數，判斷其是否小于給定閾值。采用Sobel內核計算圖像差分其中src為輸入圖像，dst為輸出圖像，xorder為x方向的差分階數，yorder為y方向的差分階數。
由于當車底藏人時，其進入攝像頭視場會阻斷車底原有的平滑特征如圖6(d)，因此當平滑特征消失時，這時判斷是否符合定位位置特征，若符合即可進行定位檢測；若車底沒有藏人時，車底平滑特征會持續到車尾部位才結束，這時只需判斷到達車尾就可以結束檢測流程。
實驗表明，基于這種車箱底部中間區域光滑特征去定位檢測對環境適應能力強，而基于兩側直線特征定位的方法又能夠比較準確的定位到目標區域。綜合上述兩種思路，設計出的定位流程如下圖8所示：應用中是否滿足直線以及平滑特征是通過檢測連續多幀圖像來實現的，這樣可以盡量減少偶然因素導致的定位失敗。
3藏人的檢測
3.1基于高亮度特征的ROI的選取
如圖9為定位之后的待檢測目標圖。為了排除車底本身熱源的干擾（如車輪）縮小檢測范圍，必須對原圖進行ROI的選取。行進過程中的車輪一般在紅外圖像中會呈現高亮度特征。基于此特征，從圖片左右兩側分別搜索列像素平均灰度值最高的部分（最可能為車輪內鋼圈），加上一定偏移量即可求出ROI左邊界位置（PositionofLeft，PL）。ROI下邊界線也采用同樣的方法，上邊界采用默認值。當車輪不明顯時采用默認感興趣區域即可下面圖9為采用固定ROI選取和基于高亮度特征的ROI提取結果對比。實驗表明，這種基于具體特征的感興趣區域提取方法，對于車輪出現的偏差具有良好的適應性，即使車輛行駛時發生較大的偏移也能做出正確的ROI選取。
3.2目標的檢測
對于已知形狀、外貌以及姿態等特征目標檢測采用特征匹配、直方圖反向投影等方法都能取得較為理想的效果。但對于躲藏姿勢未知并且本身形狀較為模糊的紅外目標，采用匹配的方式效果并不明顯。
紅外目標與目標區域的周圍存在一定的灰度差異，改變了原有區域梯度小、較為平滑的特征。針對這種改變采用評價函數f(x,y)對目標區域進行評估，若達到一定的閾值，即可預判車底藏人。評價函數依據不同區域可疑信息權重不一樣而選定(ROI內中間部位權重較高、四周權重較低)，表示如下其中T為警戒閾值，Warnflag為預警標志。具體檢測步驟如下：
1)對原圖的感興趣區域進行組合濾波處理；
2)對感興趣區域進行邊緣梯度檢測(圖10)；
3)采用評價函數對目標區域進行評分并判斷是否超過給定閾值；
4)重復步驟1-3，若連續三幀超出閾值則發出報警指令，否則表示無人。對應的報警截圖如圖11所示
實驗結果
為了驗證系統工作的穩定性以及算法的可靠性，在不同的貨檢口岸、時間段、天氣條件進行了多次實驗。測試結果如下。結果表明，在不同月份檢測誤報率十分低，漏報率也能滿足相應指標。設計出的車底藏人自動檢測系統有很高的實用價值，達到了預期的目標，說明了這套檢測系統的可靠性和準確性。軟件界面如圖12所示。
1.1基于ARM的嵌入式控制器
嵌入式控制器一般是由ARM9處理器、SDRAM、FLASH、電源及復位模塊、人機接口LCD觸摸屏及相關電路組成。筆者選用的S3C2440處理器，是SAMSUNG公司開發的一款基于ARM9內核的微處理器。S3C2440是基于ARM920T內核，0.13UmComs標準單元和存儲單元復合體。它的特點是功耗低、簡單、穩定、功能強大、性價比相對高，并且還具有豐富的擴展功能接口，便于構建電路，如圖3所示。嵌入式控制器作為數據信息收集處理的主節點，通過SPI總線與ZigBee模塊通信，用于和無線傳感器節點進行數據傳輸，該ZigBee模塊作為ZigBee網絡協調器負責整個網絡的組建和給加入節點分配地址；嵌入式控制器通過UART串口與GPRS模塊通信，用于接入Internet網絡實現數據上傳web服務器，同時可以接入GSM網絡，實現手機信息收發功能。在傳感器節點發來的數據存在溫濕度異常時，啟動報警信號。嵌入式控制器上植入linux操作系統、驅動程序和監控程序，系統啟動后依次加載各種驅動程序，并運行監控程序，
1.2基于Internet的遠程在線客戶訪問服務平臺
數據管理級遠程綜合服務平臺基于B/S（Browser/Sever），形成所謂前端Browser瀏覽器、中間層應用程序（Application）、后端數據庫（Database）的3層3-Tier結構。主要事務邏輯在服務器端（Server）實現，極少部分事務邏輯在前端（Browser）實現，用戶工作界面是通過www瀏覽器來實現。實現不同的用戶，從各自的所在地點，以各自的接入方式（比如Internet/Intranet，LAN，WAN等）訪問和操作共同的數據庫。從而簡化客戶端電腦載荷，減輕了系統維護與升級的工作量，節省了用戶的總體成本，同時它還能有效地保護數據平臺嵌入式控制器軟件結構圖和管理訪問權限，服務器數據庫也很安全。
2溫濕度監控系統在設施溫室的應用
2.1設施蔬菜溫室中溫濕度監控設備的應用
所選溫室為天津應用廣泛的溫室之一，覆蓋范圍廣，此設備是一套集溫濕度為一體的無線網絡監控設備，有著監控點分布廣泛、實時收發數據的特點，用戶可根據自身需要設定收發間隔，可廣泛應用在大棚生產、溫室生產、特殊環境監測等。即使遇到惡劣天氣，信號收發功能也能清楚地接收監控設備的信號，實用性和適用性都符合天津現階段的要求，在農戶應用中口碑很好，而且設備占用空間小，在溫室本來就有限的面積內，有著良好的空間優勢。操作簡單，只要簡單培訓，農戶就可以上手，不需要專業的知識背景，界面人性化設計，可語音報數，提供良好的服務功能。
2.2設施食用菌溫室中溫濕度監控設備的應用
天津市北辰區下河頭食用菌種植專業合作社是以工業化廠房為標準規模的大型食用菌種植基地，主要以生產白靈菇為主，其他食用菌為輔，現占地面積3.3hm2，共建5個大型的工廠化車間。在已開發的溫濕度監控器基礎上可以增加光照和二氧化碳傳感器，實現溫室內溫度、濕度、光照、二氧化碳、氧氣的實時數據在遠程電腦端顯示，實現溫室環境因子監控的閾值報警功能，實現3個溫室的統一監測管理平臺等實用功能的專業性管理系統。可有效地節約管理資源，提高業務產能，規避操作風險。
3小結與討論
